CC BY
154
УДК 67.05
UDC 67.05
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ НА ЛЕНТОЧНОПИЛЬНЫХ СТАНКАХ
THE RESEARCH OF CUTTING PROCESS ON A BAND-SAW MACHINE TOOL
Литвинов Артем Евгеньевич к.т.н., ст. преподаватель
Litvinov Artem Evgenevich Cand.Tech.Sci., senior lecturer
Корниенко Владимир Гаврилович к.т.н., профессор
Кубанский Государственный Технологический Университет, Краснодар, Россия
Kornienko Vladimir Gavrilovich Cand.Tech.Sci., professor
Kuban State Technological University, Krasnodar, Russia
В статье представлены результаты экспериментальных исследований по определению усилия подачи и усилия резания на ленточнопильных станках для новой и у же изношенной пилы
In this article, we have presented the results based on the experimental research of effort of giving and effort of cutting on a band-saw machine for new and already worn-out saws
Ключевые слова: ЛЕНТОЧНОПИЛЬНЫЙ СТАНОК, УСИЛИЕ РЕЗАНИЯ, УСИЛИЕ ПОДАЧИ, ФОРМУЛА СИЛЫ РЕЗАНИЯ
Keywords: BAND-SAW MACHINE TOOL, EFFORT OF CUTTING, EFFORT OF GIVING, FORMULA OF FORCE OF CUTTING
На практике процесс резания ленточной пилой оценивается на основе режимов резания. Решающими факторами являются время резания и качество отрезаемых заготовок. Можно выделить следующие критерии процесса резания:
- пропиленная поверхность за единицу времени. Она зависит от режущей способности пилы, от материала заготовки, а также от подачи пильной рамы станка, от различных установочных параметров;
- параметры стойкости ленточной пилы. Выбор стойкости как критерий использования ленточной пилы, описывается, среди прочего, её износом;
- увод пилы. В качестве "увода" пилы во время процесса пиления обозначается отклонение полотна пилы и вызванное этим изменение размеров поверхности резания у произведенной детали, по сравнению с заданными идеальными размерами плоскости резания, обусловленными кинематикой ленточнопильного станка.
- структура наружной поверхности пропиленной плоскости.
Для оценки процесса резания могут быть также использованы появляющаяся волнистость или следы вибрации на поверхности резания. Кроме того, на всех поверхностях, полученных при пилении пилами с определенной разводкой зубьев, можно наблюдать отражение контура детали.
В процессе обработки заготовки на ленточнопильных станках, выделяют следующие режимы резания: подача, Б- величина перемещения пильной рамы, мм/мин.; скорость, V- скорость движения зубьев пилы в направлении главного движения, м/мин. Применение двух прямолинейных движений - главного и вспомогательного, позволяет получить необходимую траекторию движения каждого зуба пилы. При определении силы резания необходимо знать толщину срезаемого одним зубом слоя разрезаемого материала. Кинематическая схема резания, приведенная на рисунке 1, иллюстрирует величину подачи на один зуб пилы 82, или величину срезаемого слоя. [1-3]
Рисунок 1 - Кинематическая схема резания
Зная шаг зубьев, 1:, скорость движения пилы, V и подачу б, можно определить величину 82:
г
о)
где 2 - подача на один зуб пилы, мкм; 1 - шаг зубьев, мм; б - подача пилы, мм/мин; V - скорость движения пилы, м/мин.
При проведении исследовательских работ были использованы сведения по скоростям резания различных металлов и сплавов, предлагаемые фирмами-производителями ленточнопильных станков. Для определения подачи ленточной пилы в зависимости от скорости резания и шага зубьев X, мм (Т.Р.1.) применяемых пил, проведены эксперименты по пилению прямоугольного проката
В=100 мм, из стали 45. На станке была установлена биметаллическая ленточная пила М 42 Т.Р.1. - 3/4 (Х=1.3 мм.). Резание производилось при скорости пилы У=60 м/мин. С применением СОЖ. Пила была предварительно приработана. Подача варьировалась от 10 до 140 мм/мин. [2] До проведения эксперимента расчетным путем определены величины подач на зуб по зависимости (1), представленные в таблице 1.
Таблица 1 - Подача на зуб, 82
8, мм/ мин 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
Ъх, мкм 1.2 2.4 3.6 4.8 6 7.2 8.4 9.6 10.8 12 13.2 14.4 15.6 16.8
По результатам исследований установлено, что тонкая, вьющаяся и упругая стружка образуется при подачах на зуб 7.2 - 8.4 мкм, что указывает на правильность выбора подачи. При меньших подачах стружка порошкообразная, тонкая, при больших подачах толстая, с цветами побежалости. На основании проведенных экспериментов для построения графика зависимости подачи от скорости пилы, представленного на рисунке 2, принята подача на зуб 8 мкм.
Рисунок 2 - Г рафик зависимости минутной подачи от скорости пилы
Используя данный график и зная скорость пилы можно весьма просто определять и устанавливать требуемую подачу для разных пил с различным шагом зубьев, при этом режим резания будет оптимальным. [4]
Как было установлено, процесс резания ленточной пилой специфичен, т.к. при резании каждым зубом срезается очень тонкие слои металла. Толщина срезаемого слоя (подача на зуб Бг) получается в пределах 0.5-20 мкм. Фактические действующие усилие резания и усилие подачи при заданных режимах резания могут быть
определены только экспериментально.
На станке была установлена биметаллическая ленточная пила М 42 с шагом зубьев (Т.Р.1.) 2/3 (1=10мм.). Обрабатываемая заготовка прямоугольного сечения В=200 мм., из стали 45. Резание производилось при скорости У=60 м/мин., с применением СОЖ, предварительно приработанной пилой, с подачами 12, 24, 48, 72, 96 и 120 мм/мин. [5]. Усилия резания определялись косвенно по показаниям цифрового ваттметра, установленного в частотном преобразователе системы управления главным двигателем станка и расчетом тянущего усилия на приводном диске. Мощность, затрачиваемая на холостой ход ленточной пилы, вычиталась. Усилие подачи измерялось электрическим тензометрическим динамометром ЭН-РСА-500. Датчик динамометра устанавливался и крепился на столе станка. Результаты эксперимента представлены в таблице 2:
Таблица 2 - Зависимость усилия резания от подачи.
Номер реза 1 2 3 4 5 6
Для новой приработанной пилы
Подача Б, мм/мин 12 24 48 72 96 120
Подача на зуб Бг, мкм 2 4 8 12 16 20
Усилие резания Рг, Н 460 770 1200 1620 1960 2324
Усилие подачи Ру, Н 455 750 1210 1610 1950 2310
Для изношенной пилы
Подача Б, мм/мин 12 24 48 72 96 120
Усилие резания Рг, Н 450 760 1180 1600 - -
Усилие подачи Ру, Н 670 1120 1710 2290 - -
Пятый и шестой рез на изношенной пиле не производился, из-за затупления приведшего к уводу пилы на четвертом резе.
На основании проведенного эксперимента установлены зависимости между усилием резания Рг и усилием подачи Ру для новой пилы и пилы с изношенными зубьями.
р
^-*1.0
Р
Р
-=- = 0.7 р
(3)
Выражение (2) относится к новой пиле, а выражение (3) к изношенной пиле. Анализируя полученные результаты, следует отметить, что толщина среза влияет на усилие резания Рг в меньшей степени, чем это следует из закона прямой пропорциональности, потому, что с увеличением толщины среза усадка стружки не остается постоянной, а неизменно уменьшается. [1-3]
Используя полученные в эксперименте величины Рг при устанавливаемых подачах, как значение координат построим в линейных координатах график результатов измерения сил резания.
2500 -
Н 6
Мб
I 15
: ■ М5
4 ■ И^4
нтн ^ ®00 И /
Он
5
1 13 1 /
м 3
ч
) /м:
1 и у/
;
Г 1од ача 1 на 1 *уб 1 1 МКЛ 1 I 1 1 1 1 1 2 22
Рисунок 2 - Г рафик результатов измерения Через экспериментальные точки проводим плавную выравнивающую линию,
графически приближенно выражающую искомую функциональную зависимость Рг = Д&)
Полученная кривая схожа с параболой, поэтому искомую зависимость можно
аппроксимировать функцией степенного вида.
Pz = cSz11 (4)
где коэффициент с и показатель степени и являются константами. Для нахождения значений данных величин проведем логарифмирование данной зависимости
lg Pz = lg с + и lg Sz . ^
Значения показателя степени и находим аналитическим способом. На выравнивающей кривой берем точки Hi (Pz! = 464, Sz! = 12); Н2 (Pz2 = 750, Sz2 = 24); Н3 (Pz3 = 1215, Sz3 = 48); H4 (Pz4 = 1610, Sz4 = 72); H5 (Pz5 = 1970, Sz5 = 96); H6 (Pz6 = 2320, Sz6 = 120);
Подставляя в выражение (5) значения координат Pz и Sz взятых точек получим ряд уравнений вида:
lg Pz, = lg с + и lg Sz, .
lg Pz2 =\gc + u\g Sz2 .
(6)
lg Pz t= lg с + и lg Szt .
Объединяя попарно эти уравнения и решая системы из двух уравнений исключением коэффициента с получаем выражения для и:
и = (lg Pz, - lg Pz2) /(lg Sz, - lg Sz2) .
и = Ргх - ^ Рг3) /(^ &, - ^ &3) .
и = ^ ^ Рг,) /(^ &, - ^ ) .
?
и = ^ ^3 )/(^ &2 - ^ &3) .
?
и = Р?,-2 ~ !§ ) 10% &,--2 - !§ ) .
?
и = Рг^ - ^ Рг,.) 1% & м - ^ &.) .
?
Значения показателя степени и получим примерно равным 0.7. Поскольку значения и
примерно равны во всех выражениях, это означает, что зависимость ~ может быть удовлетворительно аппроксимирована степенным уравнением. [2-6] Значение показателя степени и принимаем равным среднему арифметическому всех вычисленных значений, т.е. 0.7. Зная значение показателя степени и можно представить формулу силы резания в уточненном виде:
Р = Кр*о,*8:7*Ь , (8)
Для примера, используя данное уравнение, определим усилие резания заготовок из
.. /(7 =650Я/ ММ2ч г 1 ол г
стали 45 ( 6 ) при подачах на зуб от 1 до 20 мкм, количество зубьев,
находящихся в зоне резания к*=3,10,20,30 и построим соответствующий график,
приведенный на рисунке 3.
3600 -|
3500 -
3400 -
3300 -
3200 -
3100 -
3000 -
2900 -
2800 -2700 -
2600 -2500 -
2400 -
2300 -
* 2200 -
£ 2100 -
в 2000 -
д 1900 -
п 1800 -
р. 1700 -
g 1600 -
5 1500 -
и 1400 -
^ 1300 -
1200 -1100 -1000 -900 -
800 -700 -
600 -500 -
400 -
300 -
200 -100 -0 -
О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Подача на зуб Sz, мкм Усилие резания ленточной пилы (Материал сталь 45, к*-число зубьев, находящихся в зоне
резания)
Рисунок 3 - Зависимость усилия резания Pz от подачи на зуб Sz
Таким образом, после проведения эксперимента удалось уточнить формулу силы резания для обработки на ленточнопильных станках и сделать вывод о зависимости усилия резания и усилия подачи для новой и уже изношенной пилы.
Финансирование
Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение № 14.В37.21.1564 «Усовершенствование ленточнопильных металлорежущих станков с целью улучшения условий эксплуатации и повышения экономической эффективности их работы».
Научный журнал КубГАУ, №91(07), 2013 года Список литературы
1. Клушин М.И. “Резание металлов. Элементы теории пластического деформирования срезаемого слоя” Москва: Изд-во Машгиз, 1958. с-454.
2. Литвинов А.Е. Корниенко В.Г., Сухоносов Н.И. Исследование режимов резания на
ленточнопильных станках // Станки Инструмент (СТИН). - 2010. -№10, - С 5-8.
3. Милберг Д, “Силы резания при распиловке ленточными пилами” Industrie-Anzelger, 1986, № 79, с. 35-36.
4. Литвинов А.Е. Корниенко В.Г., Сухоносов Н.И. Исследование технологических параметров ленточной пилы // Научный журнал “Современные наукоемкие технологии” - 2007. -№ 6. С 47-48.
5. Литвинов А.Е. Корниенко В.Г. Основные режимы резания и обоснование выбора шага
ленточных пил при обработке материала на ленточнопильных станках // Научный журнал “Успехи
современного естествознания” - 2009. -№8 С 89-90.
6. Litvinov A. Research of deterioration and productivity of a band saw/A.
Litvinov,V.Kornienko/ZEuropean journal of natural history-2010 -№1 С 57.
References
1. Klushin M.I. “Rezanie metallov. Jelementy teorii plasticheskogo deformirovanija srezaemogo sloja” Moskva: Izd-vo Mashgiz, 1958. s-454.
2. Litvinov A.E. Kornienko V.G., Suhonosov N.I. Issledovanie rezhimov rezanija na lentochnopil'nyh stankah // Stanki Instrument (STIN). - 2010. -№10, - S 5-8.
3. Milberg D, “Sily rezanija pri raspilovke lentochnymi pilami” Industrie-Anzelger, 1986, № 79, s. 35-36.
4. Litvinov A.E. Kornienko V.G., Suhonosov N.I. Issledovanie tehnologicheskih parametrov lentochnoj pily //Nauchnyj zhurnal “Sovremennye naukoemkie tehnologii” - 2007. -№ 6. S 47-48.
5. Litvinov A.E. Kornienko V.G. Osnovnye rezhimy rezanija i obosnovanie vybora shaga lentochnyh pil pri obrabotke materiala na lentochnopil'nyh stankah // Nauchnyj zhurnal “Uspehi sovremennogo estestvoznanija” - 2009. -№8 S 89-90.
6. Litvinov A. Research of deterioration and productivity of a band saw/A. Litvinov, V.Kornienko//European journal of natural history-2010 -№1 S 57.
